化工泵用机械密封的泄漏原因与防止措施

编号：AQ-JS-03817

( 安全技术)

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化工泵用机械密封的泄漏原因

与防止措施

Leakage causes and preventive measures of mechanical seal for chemical pump

化工泵用机械密封的泄漏原因与防

止措施

使用备注：技术安全主要是通过对技术和安全本质性的再认识以提高对技术和安全的理解，进而形成更加科学的技术安全观，并在新技术安全观指引下改进安全技术和安全措施，最终达到提高安全性的目的。

化工反应装置中泵的密封泄漏是引起密封失效的主要原因。引起机械密封泄漏过早失效的因素很多，如:选型和安装问题、密封设计和制造问题以及设备本身存在的问题等。

各种泵是化工反应装置中最常用的基础设备之一，其机械密封性能是影响化工反应装置工作性能和生产效率的重要因素。在化工反应装置中泵的密封泄漏是引起密封失效的主要原因。引起机械密封泄漏过早失效的因素很多，如:选型和安装问题、密封设计和制造问题以及设备本身存在的问题等，分析密封失效原因，积极采取相应措施，从诸多的环节中排除不变和基本不变的因素，从而采取相应的预防或补救措施，以确保反应装置可靠和稳定运行是探讨的重点。

一、长炼化工泵的常见工况：

A、清洁流体介质；

B、含固体颗粒、结晶体的介质

C、固体浓度高、粘度大，可流动性差的介质

二、机械密封泄漏失效的原因分析

密封泄漏是机械密封失效的主要表现形式，在实际工作中，重要的是从泄漏现象分析机械密封产生泄漏的原因。机械密封一般为内装式，常常需根据经验、现场观察及仪器测量分析来确定密封泄漏的原因。首先，弄清受损伤的密封件对密封性能的影响，然后依次对密封环、传动件、加载弹性元件、辅助密封圈、防转机构、紧固螺钉等仔细检查磨损痕迹。对附属件，如底座、轴套、密封腔体以及密封系统等也应进行全面的检查。此外，要了解设备的操作条件，以及以往密封失效的情况，在此基础上，进行综合分析，就会找出产生失效的根本原因，并采取有效措施，防止密封的泄漏失效。

1.由机械磨损引起的密封泄漏

机械磨损将引起密封副的正常配合关系被破坏，当端面出现一

定的磨损，传动轴每转一转密封件都要作轴向位移和径向摆动，因此在每一次转动中，密封副端面都趋向于产生轻微的分离和泄漏。根据磨损痕迹可以判断运动和磨损情况，也可以确定密封泄漏的原因。例如，密封副磨损痕迹均匀，各零件的配合良好，这就说明传动部分的同轴度良好。这时密封端面产生的泄漏，可能不是由密封本身问题引起的。若泄漏量为常数，就意味着泄漏不是发生在两端面之间，有可能发生在其他部位上，如静密封处。再如，密封开始使用时就泄漏，且观察不到摩擦端面磨损痕迹，可能是旋转环相对于静止环不旋转或打滑，其原因可能是防转销松脱或折断，或是底座的孔径小于密封件的外径，由于安装不到位所致。

密封副中硬质环端面出现较深的沟槽，原因主要是传动部分的同轴度达不到安装要求，或密封的浮动性不好，传动时引起密封副端面分离，两者之间侵入较大颗粒，当颗粒嵌入较软的碳质端面内，造成硬质端面的磨损。密封副材料均采用硬质材料可防止该类磨损发生，因颗粒将无法嵌入任何一个端面，而是被磨碎后从两端面之间通过。

2.由热损伤引起的密封泄漏

主要是由于密封在使用过程中的过热引起，过热不仅引起密封副变形产生磨损，还可能引起热裂和疱疤。通常，在过大的热应力作用下密封环表面上出现径向裂纹，称为热裂。在短时间的机械负荷或热负荷作用下会出现热裂，例如由于干摩擦、冷却系统中断等热裂时密封环磨损加剧泄漏量迅速增长。对于平衡型密封，甚至密封环分开。为了避免热裂，必须掌握材料的机械-物理性能，在设计时考虑到可能产生热裂，并给定运转条件。

疱疤也是由于过热引起的，它主要是由于碳石墨、陶瓷等材料过热造成，因为非均质材料本身各组分的膨胀系数不同，粘结剂被挤出是这种损坏的原因。因此必须采用不同材料或利用外部结构措施来改变其散热条件。

介质润滑性差、过载、操作温度高、线速度高、配对材料组合不当等因素，或者是以上几种因素的叠加，都可以产生过大的摩擦热，若摩擦热不能及时散发，就会产生热裂纹。解决密封过热问题，除改变端面面积比、减少载荷外，采用静止型密封并加导流套强制

将冷却循环液体导向密封面，或在密封端面上开流体动力槽来加以解决。

3.由腐蚀引起的密封泄漏

机械密封的腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀，腐蚀是机械密封产生泄漏并引起机械密封失效的最主要原因之一。由于密封接触腐蚀性介质就会产生表面腐蚀，甚至在表面各处产生剧烈腐蚀点而形成点蚀。在金属的晶界上产生的晶间腐蚀，会深入到金属的内部，并进一步破坏而引起断裂。

电化学腐蚀的形成是由于密封环两种金属在电介质溶液中的电差不同，而产生电位差，形成电池作用，发生电池腐蚀。

腐蚀的性能影响很大。由于密封件比主机的零件小，而且更精密，通常要选用比主机更耐腐蚀的材料。经验表明，压力、温度和滑动速度都能使腐蚀加速。密封件的腐蚀率随温度升高呈指数规律增加。处理强腐蚀流体时，采用双端面密封，可以最大限度减轻腐蚀对密封件的影响，因为它与工艺流体相接触的零件数量少。这也是在强腐蚀条件下，选择密封结构的一条最重要的原则。

根据密封的实际工作情况，合理选择耐腐蚀材料和热处理是防止密封在应用时产生泄漏的重要做法。例如，选用奥氏体不锈钢做密封环，由于其表面能形成氧化物或氢氧化物的保护膜使金属钝化而不受腐蚀。但奥氏体不锈钢却在450℃～850℃产生晶间腐蚀，因此材料要在1050℃下进行热处理。

4.由密封零件失效引起的密封泄漏

机械密封用辅助密封圈，以采用合成橡胶O形圈较多。机械密封零件失效大部分是辅助密封圈失效，机械密封由于泄漏而不能正常工作的一个主要原因也是因为O形圈失效引起的。O形圈失效的表现为老化、永久性变形、溶胀变形、扭曲及挤出损伤。因此，在选用O形圈时应考虑合成橡胶的安全使用温度，尽可能地选用截面较大的橡胶O形圈，适当提高硬度，采用沟槽式的装配结构，通过沉浸试验合理选材，必要时选用复合材料，如橡胶包覆聚四氟乙烯密封圈。安装时，应在槽内涂以润滑脂，保证其滚动自如。

弹簧、传动销等机械零件失效也常常引起机械密封的泄漏，在使用中，机械密封的弹簧失效形式有永久变形、断裂、腐蚀、蠕变